Marginile inferioare și superioare ale mulțimilor de numere reale

Ideea de bază

Majorant: un număr \( \displaystyle M\) este majorant pentru \( \displaystyle X\subset\mathbb{R}\) dacă \( \displaystyle x\le M\) pentru orice \( \displaystyle x\in X\)
Minorant: un număr \( \displaystyle m\) este minorant pentru \( \displaystyle X\) dacă \( \displaystyle m\le x\) pentru orice \( \displaystyle x\in X\)
Suprem \( \displaystyle \sup X\): cel mai mic dintre majoranți
Infim \( \displaystyle \inf X\): cel mai mare dintre minoranți

Explicație simplă: supremul este „cel mai mic plafon” peste mulțime, iar infimul este „cea mai mare podea” sub mulțime

Convenție utilă: dacă mulțimea nu este mărginită superior, scriem \( \displaystyle \sup X=+\infty\), iar dacă nu este mărginită inferior, scriem \( \displaystyle \inf X=-\infty\)

Observație: dacă \( \displaystyle \alpha=\inf X\) și \( \displaystyle \beta=\sup X\), iar \( \displaystyle Y=\{-x\mid x\in X\}\), atunci \( \displaystyle \inf Y=-\beta\) și \( \displaystyle \sup Y=-\alpha\)

Exemplu rezolvat și explicat

Fie mulțimea \( \displaystyle A=\left\{1-\frac{1}{n}\mid n\in\mathbb{N},\ n\ge 1\right\}\)

Scriem câțiva termeni: \( \displaystyle 0,\ \frac{1}{2},\ \frac{2}{3},\ \frac{3}{4},\dots\)

Se vede că toate valorile sunt sub 1, deci \( \displaystyle 1\) este majorant și este „cel mai mic plafon”, deoarece valorile se apropie de 1 din stânga

Deci \( \displaystyle \sup A=1\)

Cel mai mic element este \( \displaystyle 0\) (apare la \( \displaystyle n=1\)) deci \( \displaystyle \inf A=0\)

Aici \( \displaystyle \inf A\in A\), dar \( \displaystyle \sup A\notin A\)

De reținut

Dacă \( \displaystyle \max X\) există, atunci \( \displaystyle \max X=\sup X\) și \( \displaystyle \max X\in X\)

Dacă \( \displaystyle \min X\) există, atunci \( \displaystyle \min X=\inf X\) și \( \displaystyle \min X\in X\)

Exerciții

1
Determină \( \displaystyle \sup A\) și \( \displaystyle \inf A\) pentru \( \displaystyle A=(2,7]\)
2
Determină \( \displaystyle \sup A\) și \( \displaystyle \inf A\) pentru \( \displaystyle A=[-1,4)\)
3
Determină \( \displaystyle \sup A\) și \( \displaystyle \inf A\) pentru \( \displaystyle A=\{x\in\mathbb{R}\mid |x|\le 5\}\)
4
Determină \( \displaystyle \sup A\) și \( \displaystyle \inf A\) pentru \( \displaystyle A=\left\{\frac{1}{n}\mid n\in\mathbb{N},\ n\ge 1\right\}\)
5
Fie \( \displaystyle X\subset\mathbb{R}\) cu \( \displaystyle \inf X=-3\) și \( \displaystyle \sup X=10\). Pentru \( \displaystyle Y=\{-x\mid x\in X\}\) determină \( \displaystyle \inf Y\) și \( \displaystyle \sup Y\)

Răspunsuri

Rezolvări